專利名稱：內(nèi)置式永磁直線電機的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種可以應用于高速列車、數(shù)控機床、磁懸浮發(fā)射的新型永磁直線電機，實現(xiàn)定子與運動部件無接觸，無摩擦，屬于直線電機制造的技術領域。
技術背景直線電機磁懸浮技術是基于定子(初極)與轉子(次極)間電磁力的相互作用。這種相互作用力分為牽引方向的力和懸浮方向的力，懸浮力主要由次極的磁場提供，牽引力主要由初極繞組三相電流產(chǎn)生的磁場作用形成。
高速磁懸浮列車是直線電機的應用的其中一例。高速磁懸浮列車是用大型交流變頻電源供電、以長定子直線同步電機牽引，機車與軌道間實行無接觸移動。這種運行方式的優(yōu)點是運行無摩擦、采用電能供電無污染，高效節(jié)能，是當今唯一能達到500公里/時運營速度的地面客運交通工具，主要適用于中、長距離、大客流量、大城市間的高速客運。
直線電機的另一個應用是在精密數(shù)控機床進給中，傳統(tǒng)機床系統(tǒng)中部件的直線運動，大多數(shù)由旋轉電機和滾珠絲杠副類的回轉一直線轉換器來驅(qū)動，這種傳動形式存在摩擦，引起低加速性能、反沖、機構復雜以及沖擊載荷能力低等。直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能而不需通過任何中間轉換機構的新型直線驅(qū)動裝置，可以彌補傳統(tǒng)傳動方式的不足，其速度是滾珠絲桿副的30倍，加速度是滾珠絲桿副的10倍，最大可達10g，剛度提高了7倍，定位精度和重復定位精度可達到微米級，甚至納米級。
永磁直線電機的應用越來越廣，因為我們國家是稀土永磁材料大國，永磁材料提供高密度的磁能積，替代線圈結構，使結構簡單，但是永磁體提供的懸浮力與次極重量比較低，而影響永磁直線電機的應用。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題本實用新型的目的是提供一種內(nèi)置式永磁直線電機，該直線電機具有運行速度范圍廣、電磁力波動小、運行平穩(wěn)。
技術方案1)采用內(nèi)置式永磁結構，能使直線電機運行速度范圍廣，實行弱磁控制，獲得良好的運行性能。
2)Halbach永磁體(為以Halbach人名來命名的一種永磁體)在空間只產(chǎn)生正弦波磁場，克服了普通永磁體產(chǎn)生的諧波磁場，改善直線電磁力的性能。
3)與非內(nèi)置式直線電機結構想比，只要氣隙高度不改變，采用內(nèi)置式永磁結構，并不減少直線電機的懸浮力。
本實用新型的內(nèi)置式永磁直線電機包括初極鐵心、初極繞組、次極Halbach永磁體、次極鐵心、極靴；在初極鐵心的內(nèi)側即面向次極鐵心的一側設有初極繞組，在次極鐵心的內(nèi)側即面向初極鐵心的一側設有次極Halbach永磁體，在次極Halbach永磁體的上面設有極靴，極靴與初極鐵心之間留有間隙。次極Halbach永磁體的充磁方向為順時針方向以90度間隔轉動。極靴由軟磁材料硅鋼片組成。
此結構能夠提供穩(wěn)定的電磁力，與普通直線電機相比，減輕了補償控制系統(tǒng)的負擔，使控制系統(tǒng)簡單。同時采用內(nèi)置式結構，實現(xiàn)弱磁控制，優(yōu)化直線電機運行性能。
有益效果本實用新型的永磁直線電機采用Halbach陣列結構，提供基波(正弦波)主磁場，使直線電機的電磁力平穩(wěn)，提高直線電機的承載能力。采用內(nèi)置式結構，漏磁稍有增大，但是直線電機變速運行性能良好。直線電機的去磁效應對永磁體本身影響減弱，同時，只要直線電機的氣隙不變，內(nèi)置式結構對電機的懸浮力幾乎沒有影響。內(nèi)置式永磁直線電機，容易實現(xiàn)弱磁控制，優(yōu)化直線電機的牽引力。


圖1是本實用新型永磁直線電機的結構示意圖。
圖2是次極Halbach充磁結構示意圖。
以上的圖中有初極鐵心1、初極繞組2、次極Halbach永磁體3、次極鐵心4、極靴5。
具體實施方式
永磁直線電機雖然在機床控制系統(tǒng)中得到應用，但是，普通永磁式直線電機在次極上不能提供沿空間正弦分布的磁場，因此諧波磁場將產(chǎn)生諧波懸浮力，使得直線電機產(chǎn)生波動，影響直線電機的運行性能。為了打破這一局限性，我們提出一種多繞組、Halbach永磁轉子的新型永磁電機，如圖1所示，初級有繞組通過三相電流，產(chǎn)生行波磁場，在次級上產(chǎn)生牽引力，促使次極產(chǎn)生運動。Halbach永磁體，它的充磁方向按圖2排列，因此它能在空間產(chǎn)生一個正弦分布磁場。它在磁體的上方產(chǎn)生強磁場，而在磁體的下方磁場較弱；極靴5，它的存在有幾個優(yōu)點1)在結構安裝方面，便于固定永磁體；2)減少初極繞組電流產(chǎn)生的電磁反應對永磁體的去磁效應；3)使直線電機容易實現(xiàn)弱磁控制。
該電機包括初極鐵心1、初極繞組2、次極Halbach永磁體3、次極鐵心4、極靴5；在初極鐵心1的內(nèi)側即面向次極鐵心4的一側設有初極繞組2，在次極鐵心4的內(nèi)側即面向初極鐵心1的一側設有次極Halbach永磁體3，在次極Halbach永磁體3的上面設有極靴5，極靴5與初極鐵心1之間留有間隙。次極Halbach永磁體3的充磁方向為順時針方向以90度間隔轉動。
1.直線電機的初極鐵心由硅剛片組成，制造工藝與普通直線電機的制造工藝相同。
2.極靴也是由硅鋼片組成，它固定在Halbach永磁體外面，從結構上說，用來固定Halbach永磁體，因為永磁體結構易損壞。
3.Halbach永磁體是由多塊永磁體組成，每塊永磁體之間的充磁方向成一定的角度，形成Halbach陣列，圖2列出的充磁方向夾角為90°，也有45°，60°的。
4.此直線電機在初極繞組未通電時，能懸浮，當極繞組通三相交流電時，直線電機可以運行，作直線運動。
權利要求1.一種內(nèi)置式永磁直線電機，其特征在于該電機包括初極鐵心(1)、初極繞組(2)、次極Halbach永磁體(3)、次極鐵心(4)、極靴(5)；在初極鐵心(1)的內(nèi)側即面向次極鐵心(4)的一側設有初極繞組(2)，在次極鐵心(4)的內(nèi)側即面向初極鐵心(1)的一側設有次極Halbach永磁體(3)，在次極Halbach永磁體(3)的上面設有極靴(5)，極靴(5)與初極鐵心(1)之間留有間隙。
2.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)置式永磁直線電機，其特征在于次極Halbach永磁體(3)的充磁方向為順時針方向以90度間隔轉動。
3.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)置式永磁直線電機，其特征在于極靴(5)由軟磁材料硅鋼片組成。
專利摘要內(nèi)置式永磁直線電機是一種可以應用于高速列車、數(shù)控機床、磁懸浮發(fā)射的新型永磁直線電機，實現(xiàn)定子與運動部件無接觸，無摩擦，該電機包括初極鐵心(1)、初極繞組(2)、次極Halbach永磁體(3)、次極鐵心(4)、極靴(5)；在初極鐵心(1)的內(nèi)側即面向次極鐵心(4)的一側設有初極繞組(2)，在次極鐵心(4)的內(nèi)側即面向初極鐵心(1)的一側設有次極Halbach永磁體(3)，在次極Halbach永磁體(3)的上面設有極靴(5)，極靴(5)與初極鐵心(1)之間留有間隙。次極Halbach永磁體(3)的充磁方向為順時針方向以90度間隔轉動。此結構能夠提供穩(wěn)定的電磁力，與普通直線電機相比，減輕了補償控制系統(tǒng)的負擔，使控制系統(tǒng)簡單。
文檔編號H02K1/27GK2930081SQ20062007411
公開日2007年8月1日 申請日期2006年6月16日 優(yōu)先權日2006年6月16日
發(fā)明者余海濤, 胡敏強, 鄭建勇, 秦申蓓 申請人:東南大學